風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的類型
2021-11-23 16:34:27 安裝信息網(wǎng)
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對于不同類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，控制單元會有所不同，但主要是因為發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)或類型不同而使得控制方法不同案。
1、雙饋發(fā)電機(jī)
雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)類似于繞線式感應(yīng)電機(jī)，定子繞組也由具有固定頻率的對稱三根電源激勵，所不同的是轉(zhuǎn)子繞組具有可調(diào)節(jié)頻率的三相電源激勵，一般采用交一交變頻器或交一直一交變頻器供以低頻電流。
雙饋電機(jī)勵磁可調(diào)量有三個：一是可以調(diào)節(jié)勵磁電流的幅值；二是可以改變勵磁電流的頻率；三是可以改變勵磁電流的相位．通過改變勵磁頻率，可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速．這樣在負(fù)荷突然變化時，迅速改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，充分利用轉(zhuǎn)子的動能，釋放和吸收負(fù)荷，對電網(wǎng)的擾動遠(yuǎn)比常規(guī)電機(jī)小。另外，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流的幅值和相位，來調(diào)節(jié)有功功率和無功功率。
雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)通過變頻器控制器對逆變電路小功率器件的控制，可以改變雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁電流的幅值。頻率及相位角，達(dá)到調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速、有功功率和無功功率的目的。既提高了機(jī)組的效率，又對電網(wǎng)起到穩(wěn)頻、穩(wěn)壓的作用。
整個控制系統(tǒng)可分為：轉(zhuǎn)速調(diào)整單元、有功功率調(diào)整單元和電壓調(diào)整單元（無功功率調(diào)整）。它們分別接受風(fēng)速和轉(zhuǎn)速。有功功率、無功功率指令，并產(chǎn)生一個綜合信號，送給勵磁控制裝置，改變勵磁電流的幅值。頻率與相位角，以滿足系統(tǒng)的要求。由于雙饋電機(jī)既可調(diào)節(jié)有功功率；又可調(diào)節(jié)無功功率，有風(fēng)時，機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電；無風(fēng)時，也可作抑制電網(wǎng)頻率和電壓波動的補償裝置。
雙饋電機(jī)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電中，可以解決風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)。機(jī)組效率低等問題。同時，由于雙饋電機(jī)對無功功率。有功功率均可調(diào)，對電網(wǎng)可起到穩(wěn)壓。穩(wěn)頻的作用，提高了發(fā)電質(zhì)量。與同步機(jī)交一直一交系統(tǒng)相比，它還具有變頻裝置容量�。ㄒ话銥榘l(fā)電機(jī)額定容量的10％～20％左右）、重量輕的優(yōu)點。但這種結(jié)構(gòu)也還存在一些問題，如控制電路復(fù)雜一些，不同的控制方法效果有一定差異。另外該結(jié)構(gòu)比其他結(jié)構(gòu)更容易受到電網(wǎng)故障的影響。
目前國內(nèi)有多家開發(fā)成功雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)，如蘭州電機(jī)有限責(zé)任公司與清華大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué)合作研制的兆瓦級變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制設(shè)備，采用全數(shù)字化矢量控制方法。中科院電工研究所研制的兆瓦級變速恒頻風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用IGBT技術(shù)、雙PWM雙向可逆變流控制。
2、永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)
由變漿距風(fēng)輪機(jī)直接驅(qū)動永磁同步發(fā)電機(jī)，省去了增速用齒輪箱。發(fā)電機(jī)輸出先經(jīng)整流器變?yōu)橹绷�，再�?jīng)IGBT（絕緣柵雙極晶體管）逆變器將電能送到電網(wǎng)。對風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作點的控制是通過控制逆變器送到電網(wǎng)的電流實現(xiàn)對直流環(huán)節(jié)電壓的控制，從而控制風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。
發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的頻率、電壓、電功率都是隨著風(fēng)速的變化而變化的，這樣有利于大限度地利用風(fēng)能資源，而恒頻恒壓并網(wǎng)的任務(wù)則由整流逆變系統(tǒng)系統(tǒng)完成。
永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)存在的缺點是：對永磁材料的性能穩(wěn)定性要求高，電機(jī)重量增加。另外，IGBT逆變器的容量較大，一般要選發(fā)電機(jī)額定功率的120％以上。
發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)除了控制發(fā)電機(jī)“獲取大能量”外，還要使發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)提供高品質(zhì)的電能。因此要求發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)：
①盡可能產(chǎn)生較低的諧波電流；
②能夠控制功率因數(shù)；
③使發(fā)電機(jī)輸出電壓適應(yīng)電網(wǎng)電壓的變化；
④向電網(wǎng)提供穩(wěn)定的功率。
目前國內(nèi)外兆瓦級以上技術(shù)較先進(jìn)的、有發(fā)展前景的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要是雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，二者各有優(yōu)缺點。單從控制系統(tǒng)本身來講，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制回路少，控制簡單，但要求逆變器容量大。而雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制回路多，控制復(fù)雜些，但控制靈活，尤其是對有功、無功的控制，而且逆變器容量小得多。
1、雙饋發(fā)電機(jī)
雙饋電機(jī)的結(jié)構(gòu)類似于繞線式感應(yīng)電機(jī)，定子繞組也由具有固定頻率的對稱三根電源激勵，所不同的是轉(zhuǎn)子繞組具有可調(diào)節(jié)頻率的三相電源激勵，一般采用交一交變頻器或交一直一交變頻器供以低頻電流。
雙饋電機(jī)勵磁可調(diào)量有三個：一是可以調(diào)節(jié)勵磁電流的幅值；二是可以改變勵磁電流的頻率；三是可以改變勵磁電流的相位．通過改變勵磁頻率，可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速．這樣在負(fù)荷突然變化時，迅速改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，充分利用轉(zhuǎn)子的動能，釋放和吸收負(fù)荷，對電網(wǎng)的擾動遠(yuǎn)比常規(guī)電機(jī)小。另外，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流的幅值和相位，來調(diào)節(jié)有功功率和無功功率。
雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)通過變頻器控制器對逆變電路小功率器件的控制，可以改變雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁電流的幅值。頻率及相位角，達(dá)到調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速、有功功率和無功功率的目的。既提高了機(jī)組的效率，又對電網(wǎng)起到穩(wěn)頻、穩(wěn)壓的作用。
整個控制系統(tǒng)可分為：轉(zhuǎn)速調(diào)整單元、有功功率調(diào)整單元和電壓調(diào)整單元（無功功率調(diào)整）。它們分別接受風(fēng)速和轉(zhuǎn)速。有功功率、無功功率指令，并產(chǎn)生一個綜合信號，送給勵磁控制裝置，改變勵磁電流的幅值。頻率與相位角，以滿足系統(tǒng)的要求。由于雙饋電機(jī)既可調(diào)節(jié)有功功率；又可調(diào)節(jié)無功功率，有風(fēng)時，機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電；無風(fēng)時，也可作抑制電網(wǎng)頻率和電壓波動的補償裝置。
雙饋電機(jī)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電中，可以解決風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)。機(jī)組效率低等問題。同時，由于雙饋電機(jī)對無功功率。有功功率均可調(diào)，對電網(wǎng)可起到穩(wěn)壓。穩(wěn)頻的作用，提高了發(fā)電質(zhì)量。與同步機(jī)交一直一交系統(tǒng)相比，它還具有變頻裝置容量�。ㄒ话銥榘l(fā)電機(jī)額定容量的10％～20％左右）、重量輕的優(yōu)點。但這種結(jié)構(gòu)也還存在一些問題，如控制電路復(fù)雜一些，不同的控制方法效果有一定差異。另外該結(jié)構(gòu)比其他結(jié)構(gòu)更容易受到電網(wǎng)故障的影響。
目前國內(nèi)有多家開發(fā)成功雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)，如蘭州電機(jī)有限責(zé)任公司與清華大學(xué)、沈陽工業(yè)大學(xué)合作研制的兆瓦級變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制設(shè)備，采用全數(shù)字化矢量控制方法。中科院電工研究所研制的兆瓦級變速恒頻風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用IGBT技術(shù)、雙PWM雙向可逆變流控制。
2、永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)
由變漿距風(fēng)輪機(jī)直接驅(qū)動永磁同步發(fā)電機(jī)，省去了增速用齒輪箱。發(fā)電機(jī)輸出先經(jīng)整流器變?yōu)橹绷�，再�?jīng)IGBT（絕緣柵雙極晶體管）逆變器將電能送到電網(wǎng)。對風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作點的控制是通過控制逆變器送到電網(wǎng)的電流實現(xiàn)對直流環(huán)節(jié)電壓的控制，從而控制風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。
發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的頻率、電壓、電功率都是隨著風(fēng)速的變化而變化的，這樣有利于大限度地利用風(fēng)能資源，而恒頻恒壓并網(wǎng)的任務(wù)則由整流逆變系統(tǒng)系統(tǒng)完成。
永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)存在的缺點是：對永磁材料的性能穩(wěn)定性要求高，電機(jī)重量增加。另外，IGBT逆變器的容量較大，一般要選發(fā)電機(jī)額定功率的120％以上。
發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)除了控制發(fā)電機(jī)“獲取大能量”外，還要使發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)提供高品質(zhì)的電能。因此要求發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)：
①盡可能產(chǎn)生較低的諧波電流；
②能夠控制功率因數(shù)；
③使發(fā)電機(jī)輸出電壓適應(yīng)電網(wǎng)電壓的變化；
④向電網(wǎng)提供穩(wěn)定的功率。
目前國內(nèi)外兆瓦級以上技術(shù)較先進(jìn)的、有發(fā)展前景的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要是雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，二者各有優(yōu)缺點。單從控制系統(tǒng)本身來講，永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制回路少，控制簡單，但要求逆變器容量大。而雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制回路多，控制復(fù)雜些，但控制靈活，尤其是對有功、無功的控制，而且逆變器容量小得多。
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